Afidi e Batteri

Gli afidi vivono in coabitazione con diversi batteri, alcuni dei quali sono indeboliti dall’aumento delle temperature e altri, al contrario, aiutano a sostenerli

Scopri, ogni giorno delle importanti novità con Italy Vox. La nostra redazione in collaborazione con una rete europea di partner vi porta direttamente a casa natura, scienze e filiera agroalimentare. Questo venerdì, due accademici spiegano come i batteri a volte “salvano” gli organismi che li ospitano

Biodiversità: come i microbi aiutano (o meno) gli afidi a sopravvivere all’aumento delle temperature

I microrganismi simbionti (o simbionti) potrebbero svolgere un ruolo importante nell’adattamento di alcuni organismi, come gli insetti, all’aumento globale delle temperature.

Questa parte a lungo sconosciuta della biodiversità sta ora suscitando l’interesse degli scienziati che cercano di prevedere le risposte degli organismi e dei loro simbionti al loro ambiente, e più in particolare al riscaldamento globale.

Questa analisi è stata condotta da Kévin Tougeron, ricercatore di ecologia.

Kévin Tougeron

La biodiversità planetaria sta sopportando il peso maggiore degli effetti di un aumento della temperatura media globale

e della frequenza delle ondate di calore come manifestazioni del riscaldamento globale :

il declino della popolazione di organismi iconici, l’interruzione dei cicli biologici o le migrazioni di specie invasive sono diventate all’ordine del giorno.

Tuttavia, c’è una parte della biodiversità che rimane nascosta ai riflettori: i microrganismi simbionti ( simbionti ) che vivono nel corpo del loro ospite e forniscono loro vari benefici.

Questi simbionti potrebbero svolgere un ruolo importante nell’adattamento di alcuni organismi, come gli insetti, all’innalzamento globale delle temperature, con ripercussioni sull’agricoltura per insetti nocivi (afidi, cimici) e impollinatori (api, bombi), ma anche sulla salute umana per quei vettori di malattie (zanzare, mosche tse-tse).

Quasi tutti gli animali sono coinvolti in simbiosi microbiche, a vari livelli. 

Negli esseri umani come nelle api, la comunità batterica che colonizza l’intestino svolge un ruolo importante nelle funzioni digestive, immunitarie o addirittura neurologiche del loro ospite.

Questa parte a lungo sconosciuta della biodiversità sta ora suscitando l’interesse degli scienziati, che cercano di prevedere le risposte degli organismi e dei loro simbionti al loro ambiente, e più in particolare al riscaldamento globale .

Una convivenza fragile: ciò che non ti uccide può renderti… più debole

L’alto grado di co-dipendenza tra i partner della simbiosi rende questa interazione molto vulnerabile a qualsiasi modifica ambientale. Ad esempio, il riscaldamento è una delle principali cause dello sbiancamento della barriera corallina , che si verifica quando l’animale perde il suo microscopico alleato:
un’alga che si deposita nelle cellule del corallo e che gli fornisce, tramite la fotosintesi , i nutrienti necessari alla sua sopravvivenza (zuccheri, acidi, ammine ). 
La scomparsa delle alghe dovuta all’aumento della temperatura dell’acqua provoca a sua volta la morte del corallo. Quindi, mentre l’animale trae benefici vitali dalla sua stretta dipendenza dal suo partner simbiotico, eredita anche le sue debolezze.

Negli ecosistemi terrestri, molti studi esplorano l’effetto dei simbionti sugli afidi, fedeli soldati di laboratorio per alcuni, parassiti dolorosi nei giardini e nei raccolti per altri.

Come i coralli, gli afidi ospitano un simbionte “obbligatorio” chiamato Buchnera aphidicola : un batterio che fornisce nutrienti essenziali che l’insetto non può trovare da solo nella sua dieta a base di linfa. In cambio, l’afide gli offre alloggio, copertura e trasporto, poiché i batteri si moltiplicano all’interno delle cellule dell’insetto, prima di essere trasmessi alla prole.

Il batterio B. aphidicola subisce le variazioni termiche legate ai cambiamenti climatici , proprio come il suo ospite “a sangue freddo”, che non riesce a mantenere una temperatura corporea stabile. 
Un aumento della temperatura esterna induce quindi un calo di questa popolazione batterica, a partire da 25°C. 
E poiché l’afide non può vivere senza i batteri, vero anello debole dell’interazione, il sistema collassa molto prima di raggiungere temperature che potrebbero colpire direttamente l’insetto.

​Affitto e alloggio condiviso: più siamo meglio è, più sopravviviamo

Alcune specie di afidi non si fermano qui e possono essere associate a batteri “facoltativi”, che forniscono loro vantaggi vari ma non sempre vitali a seconda del contesto ambientale. 
Ad esempio, alcuni batteri facoltativi come Serratia symbiotica aumentano la resistenza dell’afide al calore prevenendo il collasso della simbiosi. 
Il meccanismo in realtà prevede un trio: il batterio opzionale S. symbiotica non protegge direttamente l’afide dalle alte temperature, ma limita il declino delle popolazioni del batterio obbligato B. aphidicola rilasciando alcune molecole, di cui beneficia anche l’afide.
Al contrario, S. symbioticanon apporta alcun beneficio (e può anche rivelarsi dannoso) se l’afide rimane esposto a temperature tollerabili (generalmente inferiori a 25°C).

All’interno del corpo dell’afide, osserviamo un trio: alcune cellule dell’insetto dette batteriociti (in blu) possono ospitare il batterio obbligatorio Buchnera aphidicola (in verde) o il batterio opzionale Serratia symbiotica (in rosso) – Monin et al. (2020) – Biologia attuale

Un locatore (l’insetto), un affittuario (i batteri obbligatori), coinquilini (i batteri facoltativi) e il riscaldamento globale rischiano di terminare il contratto di locazione (i vantaggi che ciascuna parte trae dall’associazione). 
In questo contesto, il partner batterico obbligato appare come il tallone d’Achille dell’interazione.

Poi arriva l’interesse di associarsi a batteri facoltativi che fungono da assicurazione sulla vita quando le condizioni ambientali diventano sfavorevoli.

Batteri facoltativi: coinquilini perfetti o occupanti abusivi?

Tutto questo è un po’ troppo bello per essere vero, secondo alcuni studi scientifici: lungi da una storia d’amore sentimentale, il legame tra insetto e simbionti è molto pragmatico, ognuno tira il lenzuolo dalla propria parte per sfruttarlo al meglio. 
Certamente, queste simbiosi sono state mantenute durante l’evoluzione perché forniscono benefici a entrambe le parti.

Tuttavia, in natura prevalgono due regole: nulla è semplice e nulla è gratuito.

Niente è semplice, perché gli afidi possono ospitare diverse specie di batteri facoltativi contemporaneamente. 
Oltre alla funzione di tolleranza al calore, alcuni proteggono il proprio ospite dai nemici naturali (parassiti, predatori), altri gli permettono di colonizzare nuove specie di piante.

Niente è gratuito, perché ospitare un simbionte rimane un’infezione e la proliferazione batterica è costosa per la salute dell’insetto. Questi costi sono compensati dai benefici conferiti dai batteri ed entrambi dipendono dall’ambiente.

L’intera questione è quindi sapere come il riscaldamento globale può modificare questo rapporto costi/benefici che deciderà il destino di ciascun partner. 
Tra i vincitori, i batteri che proteggono dal calore potrebbero diffondersi attraverso le popolazioni di afidi. 
D’altra parte, altri batteri potrebbero perdere se le funzioni benefiche che normalmente dovrebbero fornire falliscono.

In una natura molto pragmatica, se l’afide non trae più beneficio diretto dalla sua associazione con un batterio facoltativo, potrebbe benissimo “risolvere il contratto di locazione”.

Oltre gli afidi

Scommettiamo che pochi piangerebbero la scomparsa di un famigerato parassita o di un oscuro batterio dal nome impronunciabile. 
Ma gli erbivori sono un anello essenziale negli ecosistemi terrestri, da cui dipende la sopravvivenza di molte specie che li consumano.

Soprattutto, le conoscenze acquisite dalla ricerca sugli afidi permettono di comprendere come un sistema complesso formato da un ospite e da un insieme microbico possa rispondere a un disturbo ambientale. 
Le scoperte su questi sistemi possono aiutare a capire meglio quanto le associazioni più complesse facciano fronte agli attuali cambiamenti globali e possano adattarsi ad essi.

Questa affermazione potrebbe applicarsi alle comunità microbiche estremamente diverse che si stabiliscono nel sistema digestivo di molti mammiferi, inclusa la specie umana. 
Un’equazione con un numero vertiginoso di incognite, ma prospettive di ricerca sempre più entusiasmanti.